CN102974683A - 一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置 - Google Patents

Abstract

一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置，包括如下步骤：1）开卷、剪裁；2）成形，将板料转移至辊弯成形设备中，在室温条件下预成形为半成品开口型材；3）加热，将型材加热至800~1100℃，保温2min~6min；4）冲压定型，迅速将型材转移至冲压模具中进行整形和冷却；整形模具将型材完全包覆，用3~10个冲压机架装载整形模具；加载后，利用模具将半成品开口型材整形为尺寸符合要求的成品；整形同时，模具表面下方通道内通循环冷却介质，利用模具与型材的温度差对高温型材进行淬火，在保压状态下对开口型材进行冷却，使型材微观组织由高温时的奥氏体组织快速转变为常温下马氏体组织，从而获得高强度型材。

Description

一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置

技术领域

本发明涉及超高强度型材的制备，特别是一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置。

背景技术

硼钢热成形工艺过程为先将初态组织为铁素体和珠光体，抗拉强度约为600MPa的硼钢板料加热奥氏体化后成形，随后将工件冷却并使之完全转变为马氏体，获得高强度工件。冷却之后硼钢工件的抗拉强度高达1500MPa。热成形硼钢的化学成分是：Al0.02%-0.05%，B0.001%-0.005%，C0.007%-0.33%，Cr0.16%-0.37%，Mn0.75%-1.21%，N0.004-0.006%，Ni0.01-0.1%，Si0.20%-0.40%，Ti0.03%-0.05%，其余为Fe。

目前热成形硼钢采用的工艺主要为热冲压成形工艺。但是，热冲压工艺需在模具中通冷却介质使高温工件冷却，因此其模具结构复杂，造价很高。同时，如果工件的截面发生变化，则冲压模具也需要改变，生产的灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺及装置，热成形工艺更加灵活，成本更低，在某些工件的成形中替代热冲压成形工艺，适应汽车机构件小批量多品种的发展趋势，同时能够生产出高精度高质量的高强度型材。

热辊弯成形工艺将高温成形工艺与辊弯成形工艺结合在一起，不仅更加符合高强钢的成形要求，实现了高效生产，而且能够有效克服高强钢塑性差，回弹大等成形缺陷。本发明主要涉及热辊弯成形的冷却工艺，如果完全卸载之后对高温工件进行冷却，则冷却不均匀导致工件内部应力分布不均，进而使工件变形，无法得到符合尺寸要求的工件。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明在硼钢开口型材的热辊弯成形中，将高温辊弯半成品转移至表面通有冷却介质的冲压模具中，在整形的同时对型材进行冷却。本发明将整形和冷却结合在一起，使型材在保压的状态下冷却，避免了由于冷却不均匀而产生的变形。

具体地，本发明的一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺，包括如下步骤：

1)开卷、剪裁

将热成形钢带剪裁成产品所需长度和宽度的板料；热成形钢带的化学成分重量百分比为：C0.007~0.33%，Al0.02~0.05%，B0.001~0.005%，Cr0.16~0.37%，Mn0.75~1.21%，N0.004~0.006%，Ni0.01~0.1%，Si0.20~0.40%，Ti0.03~0.05%，其余为Fe和不可避免杂质；热成形钢带的原始抗拉强度为500MPa~650MPa；

2)成形

将板料转移至辊弯成形设备中，在室温条件下预成形为形状尺寸接近成品的半成品开口型材；

3)加热

将半成品开口型材加热至800~1100℃，保温2min~6min；

4)冲压定型

迅速将高温半成品开口型材转移至冲压模具中进行整形和冷却；所用模具需将半成品开口型材完全包覆，用3~10个冲压机架装载模具，机架数量同样由型材的长度决定；加载后，利用模具将半成品开口型材整形为尺寸符合要求的成品；整形的同时，在模具表面下方的通道内通循环的冷却介质，利用模具与型材的温度差对高温型材进行淬火，通过控制冷却介质的流量来控制冷却速率，使冷却速率大于27℃/s，即在保压状态下对开口型材进行冷却，使型材的微观组织由高温时的奥氏体组织快速转变为常温下马氏体组织，从而获得高强度型材。

本发明用于超高强度开口型材热辊弯成形的装置，其包括，若干个冲压机架；整形模具，分别设置于各冲压机架上，整形模具设有凸模、凹模；模具表面下内设有通循环冷却介质的通道。

本发明的冷却工艺是将整形过程和冷却过程同时进行，避免了不必要的组织变化，确保得到完全的马氏体组织。本发明的冷却方式是在模具表面下方的通道内通循环的冷却介质，不仅能够通过控制冷却介质的流量来控制冷却速率，而且能够使型材的冷却更加均匀，避免产生过量的残余应力。

本发明的整个工艺流程称之为热辊弯成型工艺。热辊弯成型工艺的主要工艺流程是：辊弯设备常温预成型，加热半成品，对高温半成品进行整形，冷却高温工件。热辊弯成形将热成形工艺和辊弯成形工艺巧妙结合，不仅更加符合高强钢的成型要求，实现了高效生产，而且能够有效克服高强钢塑性差，回弹大等成型缺陷。热辊弯成形工艺的冷却过程不仅决定着产品的组织性能，而且影响着产品的质量，是热辊弯成形工艺的关键技术。所以，本发明的创新之处不仅是将辊弯工艺和热成型工艺相结合，而且还包括将整形工艺和冷却工艺的融合以及利用模具内的循环冷却介质进行淬火的冷却方式。

如果在整形之后进行冷却，即完全卸载之后，型材处于自由变形状态时进行冷却，则

1、工件因为奥氏体转变为马氏体引起的组织应力和冷却不均引起的热应力而发生变形，卸载后无法限制这部分变形，产品的尺寸精度无法保证；

2、整形过程工件的温降及冷却曲线难以控制，可能导致不必要的组织变化，无法得到完全马氏体。

本发明的有益效果：

（1）本发明在保压状态下对型材进行冷却，这样避免了产品因冷却不均匀而产生的变形，提高了产品的尺寸精度；

（2）本发明所涉及的材料为热成形硼钢，生产的硼钢型材强度更高，在性能不变的前提下，质量显著下降；

（3）本发明所涉及的热辊弯成形工艺较之热冲压工艺生产效率更高，灵活性更强。

附图说明

图1是本发明整形模具与开口型材（图中为槽钢100）的配合示意图。

图2是本发明整形冷却过程的整体装配图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

参见图1、图2，本发明用于超高强度开口型材热辊弯成形的装置，其包括，若干个冲压机架1；整形模具2，分别设置于各冲压机架上，整形模具2设有凸模3、凹模4；整形模具2表面下内设有通循环冷却介质200的通道5。

本发明热辊弯成形工艺包括如下步骤：1）开卷、剪裁，将热成形钢带剪裁成产品所需长度和宽度的板料；2）成形，将板料转移至辊弯成形设备中，在室温条件下预成形为形状尺寸接近成品的半成品开口型材；3）加热，将半成品开口型材加热至800~1100℃，保温2min~6min；4）冲压定型，迅速将高温半成品开口型材转移至冲压模具中进行整形和冷却；所用整形模具需将半成品开口型材完全包覆，用3~10个冲压机架装载整形模具，机架数量同样由型材的长度决定；加载后，利用模具将半成品开口型材整形为尺寸符合要求的成品；整形的同时，在模具表面下方的通道内通循环的冷却介质，利用模具与型材的温度差对高温型材进行淬火，通过控制冷却介质的流量来控制冷却速率，使冷却速率大于27℃/s，即在保压状态下对开口型材进行冷却，使型材的微观组织由高温时的奥氏体组织快速转变为常温下马氏体组织，从而获得高强度型材。

本发明涉及的超高强度开口型材高强钢的化学成分重量百分比为：C0.007~0.33%，Al0.02~0.05%，B0.001~0.005%，Cr0.16~0.37%，Mn0.75~1.21%，N0.004~0.006%，Ni0.01~0.1%，Si0.20~0.40%，Ti0.03~0.05%，其余为Fe和不可避免杂质；热成形钢的原始抗拉强度为500MPa~650MPa；

实施例1

1）将常温硼钢板料辊弯成形为开口型材半成品；2）将半成品加热至800℃，保温2min；3）迅速转移高温半成品至整形模具中；4）上下配合的凸模、凹模将型材完全包覆并加载对其进行整形，同时，在模具表面通循环的冷却介质，使型材在保压状态下以30℃/s的速度冷却下来；整形和冷却同时结束，开模后得到常温且尺寸合格的开口型材。

实施例2

1）将常温硼钢板料辊弯成形为开口型材半成品；2）将半成品加热至1100℃，保温4min；3）迅速转移高温半成品至整形模具中；4）凸模\凹模将型材完全包覆并加载对其进行整形，同时，在模具表面通循环的冷却介质，使型材在保压状态下以50℃/s的速度冷却下来；整形和冷却同时结束，开模后得到常温且尺寸合格的开口型材。

实施例3

1）将常温硼钢板料辊弯成形为开口型材半成品；2）将半成品加热至1000℃，保温5min；3）迅速转移高温半成品至整形模具中；4）凸模\凹模将型材完全包覆并加载对其进行整形，同时，在模具表面通循环的冷却介质，使型材在保压状态下以40℃/s的速度冷却下来；整形和冷却同时结束，开模后得到常温且尺寸合格的开口型材。

Claims (2)

1.一种超高强度开口型材热辊弯成形工艺，包括如下步骤：

1)开卷、剪裁

将热成形钢带剪裁成产品所需长度和宽度的板料；热成形钢带的化学成分重量百分比为：C0.007~0.33%，Al0.02~0.05%，B0.001~0.005%，Cr0.16~0.37%，Mn0.75~1.21%，N0.004~0.006%，Ni0.01~0.1%，Si0.20~0.40%，Ti0.03~0.05%，其余为Fe和不可避免杂质；热成形钢带的原始抗拉强度为500MPa~650MPa；

2)成形

将板料转移至辊弯成形设备中，在室温条件下预成形为形状尺寸接近成品的半成品开口型材；

3)加热

将半成品开口型材加热至800~1100℃，保温2min~6min；

4)冲压定型

迅速将高温半成品开口型材转移至冲压模具中进行整形和冷却；所用模具需将半成品开口型材完全包覆，用3~10个冲压机架装载模具，机架数量同样由型材的长度决定；加载后，利用模具将半成品开口型材整形为尺寸符合要求的成品；整形的同时，在模具表面下方的通道内通循环的冷却介质，利用模具与型材的温度差对高温型材进行淬火，通过控制冷却介质的流量来控制冷却速率，使冷却速率大于27℃/s，即在保压状态下对开口型材进行冷却，使型材的微观组织由高温时的奥氏体组织快速转变为常温下马氏体组织，从而获得高强度型材。

2.超高强度开口型材热辊弯成形装置，其特征在于，包括，若干个冲压机架；整形模具，分别设置于各冲压机架上，整形模具设有凸模、凹模；模具表面下内设有通循环冷却介质的通道。

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